计算机组成原理第五版实验报告.docx
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计算机组成原理第五版实验报告
实验报告1
实验名称
运算器组成：
实验微程序控制器方式和独立方式
实验地点
实验日期
成绩
实验目的
1.熟悉逻辑测试笔的使用方法。
2.熟悉TEC-8模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3；
3.熟悉双端口通用存放器组的读写操作；
4.熟悉运算器的数据传送通路；
5.验证74LS181的加、减、与、或功能；
6.按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算运算。
7.按照表中提供的功能自行验证其中几种即可。
〔独立方式〕
实验原理
1.1微程序控制器
双端口存放器组由1片EPM7064（U40）（图2.2中用虚线围起来的局部）组成，内部包含4个8位存放器R0、R1、R2、R3，4选1选择器A，4选1选择器B和1个2-4译码器。
根据信号RD1、RD0的值，4选1选择器A从4个存放器中选择1个存放器送往ALU的A端口。
根据信号RS1、RS0的值，4选1选择器B从4个存放器中选择1个存放器送往ALU的B端口。
2-4译码器对信号RD1、RD0进行译码，产生信号LR0、LR2、LR3、LR4，任何时刻这4个信号中只有一个为1，其它信号为0。
LR3~LR0指示出被写的存放器。
当DRW信号为1时，如果LR0为1，那么在T3的上升沿，将数据总线DBUS上的数写入R0存放器，余类推。
数据开关SD7~SD0是8个双位开关。
用手拨动这些开关，能够生成需要的SD7~SD0的值。
数据开关驱动器SWD是1片74LS244（U50）。
在信号SBUS为1时，SD7~SD0通过SWD送往数据总线DBUS。
在本实验中，使用数据开关SD7~SD0设置存放器R0、R1、R2和R3的值。
ALU由2片74LS181（U41和U42）、1片74LS74、1片74LS244、1片74LS245和1片74LS30构成。
74LS181完成算术逻辑运算，74LS245和74LS30产生Z标志，74LS74保存标志C和标志Z。
ALU对A7~A0和B7~B0上的2个8位数据进行算术逻辑运算，运算后的数据结果在信号ABUS为1时送数据总线DBUS（D7~D0），运算后的标志结果在T3的上升沿保存进位标志位C和结果为0标志位Z。
加法和减法同时影响C标志和Z标志，与操作和或操作只影响Z标志。
应当指出，74LS181只是许多种能做做算术逻辑运算器件中的一种器件，这里它仅作为一个例子使用。
74LS181能够进行4位的算术逻辑运算，2片74LS181级连在一起能够8位运算，3片74LS181级连在一起能够进行12位运算，余类推。
所谓级联方式，就是将低4位74LS181的进位输出引脚Cn+4与高4位74LS181的进位输入引脚Cn连接。
在TEC-8模型计算机中，U42完成低4位运算，U41完成高4位运算，二者级连在一起，完成8位运算。
在ABUS为1时，运算得到的数据结果送往数据总线DBUS。
数据总线DBUS有4个信号来源：
运算器、存储器、数据开关和中断地址存放器，在每一时刻只允许其中一个信号源送数据总线。
实验设备\软件\平台等
序列号
名称
数量
备注
1
TEC-8实验系统
1
台
2
双踪示波器
1
台
3
直流万用表
1
块
4
逻辑测试笔
1
支
在实验箱上方
实验内容与实验记录〔拓扑图\配置图\流程图\线路图\效果图\代码（段）\运行结果\实验步骤等〕
实验步骤
1．实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置，将开关DP拨到向上位置。
翻开电源。
2．用逻辑测试笔测试节拍脉冲信号T1、T2、T3
⑴将逻辑测试笔的一端插入TEC-8实验台上的“逻辑测试笔〞上面的插孔中，另一端插入“T1〞上方的插孔中。
⑵按复位按钮CLR，使时序信号发生器复位。
⑶按一次逻辑测试笔框内的Reset按钮，使逻辑测试笔上的脉冲计数器复位，2个黄灯D1、D0均灭。
⑷按一次启动按钮QD，这时指示灯D1、D0的状态应为01B，指示产生了一个T1脉冲；如果再按一次QD按钮，那么指示灯D1、D0的状态应当为10B，表示又产生了一个T1脉冲；继续按QD按钮，可以看到在单周期运行方式下，每按一次QD按钮，就产生一个T1脉冲。
⑸用同样的方法测试T2、T3。
3．进行加、减、与、或实验
⑴设置加、减、与、或实验模式
按复位按钮CLR，使TEC-8实验系统复位。
指示灯μA5~μA0显示00H。
将操作模式开关设置为SWC=1、SWB=0、SWA=1，准备进入加、减、与、或实验。
按一次QD按钮，产生一组节拍脉冲信号T1、T2、T3，进入加、减、与、或实验。
⑵设置数A
指示灯μA5~μA0显示0BH。
在数据开关SD7~SD0上设置数A。
在数据总线DBUS指示灯D7~D0上可以看到数据设置的正确不正确，发现错误需及时改正。
设置数据正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0上的数据写入R0，进入下一步。
⑶设置数B
指示灯μA5~μA0显示15H。
这时R0已经写入，在指示灯B7~B0上可以观察到R0的值。
在数据开关SD7~SD0上设置数B。
设置数据正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0上的数据写入R1，进入下一步。
⑷进行加法运算
指示灯μA5~μA0显示16H。
指示灯A7~A0显示被加数A（R0），指示灯B7~B0显示加数B（R1），D7~D0指示灯显示运算结果A+B。
按一次QD按钮，进入下一步。
⑸进行减法运算
指示灯μA5~μA0显示17H。
这时指示灯C（红色）显示加法运算得到的进位C，指示灯Z（绿色）显示加法运算得到的结果为0信号。
指示灯A7~A0显示被减数A（R0），指示灯B7~B0显示减数B（R1），指示灯D7~D0显示运算结果A-B。
按一次QD按钮，进入下一步。
⑹进行与运算
指示灯μA5~μA0显示18H。
这时指示灯C（红色）显示减法运算得到的进位C，指示灯Z（绿色）显示减法运算得到的结果为0信号。
指示灯A7~A0显示数A（R0），指示灯B7~B0显示数B（R1），指示灯D7~D0显示运算结果AandB。
按一次QD按钮，进入下一步。
⑺进行或运算
指示灯μA5~μA0显示19H。
这时指示灯Z（绿色）显示与运算得到的结果为0信号。
指示灯C保持不变。
指示灯A7~A0显示数A（R0），指示灯B7~B0显示数B（R1），指示灯D7~D0显示运算结果AorB。
按一次QD按钮，进入下一步。
⑻结束运算
指示灯μA5~μA0显示00H。
这时指示灯Z（绿色）显示或运算得到的结果为0信号。
指示灯C保持不变。
按照上述步骤，对要求的7组数据进行运算。
实验结果
实验数据
实验结果
数A
数B
加
减
与
或
数据结果
C
Z
数据结果
C
Z
数据结果
Z
数据结果
Z
0F0H
10H
0H
0
0
E0H
1
1
10H
0
F0H
0
03H
05H
08H
0
0
FEH
0
0
01H
0
07H
0
1.2独立方式
上图标识出了本实验所用的运算器数据通路图。
参与运算的数据首先通过试验台操作板上的8个二进制数据开关SD7-SD0来设置，然后输入到双端口通用存放器堆RF中。
双端口存放器堆RF由1个ALTERAEPM7064实现，功能相当于4个八位通用存放器，用于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到双端口通用存放器堆RF中保存。
双端口存放器堆模块RF的控制信号中RD1、RD0用于选择送ALU的A端口（左端口）的通用存放器。
RS1、RS0用于选择送ALU的B端口（右端口）的通用存放器。
按图所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。
由于运算器模块内部的连线已经由印制电路板连接好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模拟开关、与运算模块的外部连线。
特别注意：
为了建立清楚的整机概念，培养严谨的科研能力，手工连线是绝对有必要的。
2.用开关K15-K0向通用存放器堆RF内的R3-R0存放器置数据。
然后读出R3-R0的数据，在数据总线DBUS上显示出来。
3.验证ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。
注意：
进位信号C是运算器ALU最高进Cn+4的反，既有进位为1，无进位为0。
选择方式
M=1逻辑运算
M=0算术运算
S3
S2
S1
S0
逻辑运算
CN=1【有进位】
0
0
0
0
F=/A
F=A
0
0
0
1
F=/（A+B）
F=（A+B）
0
0
1
0
F=（/A）B
F=A+/B
0
0
1
1
F=0
F=-1（补码形式）
0
1
0
0
F=/（AB）
F=A加A（/B）
0
1
0
1
F=/B
F=（A+B）加A/B
0
1
1
0
F=A减B减1
0
1
1
1
F=A/B
F=（AB/）减1
1
0
0
0
F=/A+B
F=A加AB
1
0
0
1
F=A加B
1
0
1
0
F=B
F=（A+/B）加AB
1
0
1
1
F=AB
F=AB减1
1
1
0
0
F=1
F=A加A
1
1
0
1
F=A+/B
F=（A+B）加A
1
1
1
0
F=A+B
F=（A+/B）加A
1
1
1
1
F=A
F=A减1
4.具体实验步骤：
将“控制转换〞开关拨到最中间位置既“独立〞灯亮。
第一步：
测试存放器写入和读出；【操作模式：
1100】
接线表和置开关如下表：
名称
电平控制数据开关
K6
K5
K4
K3
K2
K1
K0
功能
信号名称
RD1
RD0
DRW
SBUS
RS1
RS0
MBUS
置R0
操作模式
1
1
置R1
写REG操作模式：
1100
1
1
1
置R2
1
1
1
置R3
1
1
1
1
备注：
写存放器完成后可以直接在写存放器操作模式下，通过K6、K5拨动开关查看写入存放器中的数据，对应的数据灯：
A7~A0。
通过K2、K1拨动开关也可以查看写入存放器中的数据，对应的数据灯B7~B0。
第二步：
运算器实验【操作模式：
1101】
接线表和置开关如下表：
名称
K15
K14
K13
K12
K11
K10
K9
K8
序号
M
S0
S1
S2
S3
CIN
ABUS
LDC
运算器组成操作系统：
1101
送两个数到REG，K5K6,K1K2分别选择加与被加
1
1
1
1
1
名称
K7
K6
K5
K4
K3
K2
K1
K0
序号
LDZ
RD1
RD0
DRW
SBUS
RS1
RS0
MBUS
1
1
1
1
1
1
备注：
运算器实验答案只提供了加法运算的控制信号，其他运算功能请参考上页中ALU表的运算逻辑功能即可。
实验结果
实验数据
实验结果
数A
数B
加
减
与
或
数据结果
C
Z
数据结果
C
Z
数据结果
Z
数据结果
Z
0F0H
10H
0H
0
0
E0H
1
1
10H
0
F0H
0
03H
05H
08H
0
0
FEH
0
0
01H
0
07H
0
和微操作系统得出的结果一致。
实验结果分析及结论、心得
分别运用微程序方式和独立方式对双端口通用存放器进行读写操作，并且进行了简单的逻辑运算和算术运算。
微程序较独立简单，独立方式较为清晰的表现了数据的痕迹，通过接线的方式清楚看到每个微程序的动作。
实验报告2
实验名称
双端口存储器实验
实验地点
实验日期
成绩
实验目的
⑴了解双端口静态存储器IDT7132的工作特性及其使用方法；
⑵了解半导体存储器怎样存储和读取数据；
⑶了解双端口存储器怎样并行读写；
⑷熟悉TEC-8模型计算机中存储器局部的数据通路。
实验原理
2.1微程序操作
双端口存储器实验电路图
双端口RAM电路由1片IDT7132及少许附加电路组成，存放程序和数据。
IDT7132有2个端口，一个称为左端口，一个称为右端口。
2个端口各有独立的存储器地址线、数据线和3个读、写控制信号：
CE#、R/W#和OE#，可以同时对器件内部的同一存储体同时进行读、写。
IDT7132容量为2048字节，TEC-8实验系统只使用64字节。
在TEC-8实验系统中，左端口配置成读、写端口，用于程序的初始装入操作，从存储器中取数到数据总线DBUS，将数据总线DBUS上的数写入存储器。
当信号MEMW为1时，在T2为1时，将数据总线DBUS上的数D7~D0写入AR7~AR0指定的存储单元；当MBUS信号为1时，AR7~AR0指定的存储单元的数送数据总线DBUS。
右端口设置成只读方式，从PC7~PC0指定的存储单元读出指令INS7~INS0，送往指令存放器IR。
程序计数器PC由2片GAL22V10（U53和U54）组成。
向双端口RAM的右端口提供存储器地址。
当复位信号CLR#为0时，程序计数器复位，PC7~PC0为00H。
当信号LPC为1时，在T3的上升沿，将数据总线DBUS上的数D7~D0写入PC。
当信号PCINC为1时，在T3的上升沿，完成PC加1。
当PCADD信号为1时，PC和IR中的转移偏量（IR3~IR0）相加，在T3的上升沿，将相加得到的和写入PC程序计数器。
地址存放器AR由1片GAL22V10（U58）组成，向双端口RAM的左端口提供存储器地址AR7~AR0。
当复位信号CLR#为0时，地址存放器复位，AR7~AR0为00H。
当信号LAR为1时，在T3的上升沿，将数据总线DBUS上的数D7~D0写入AR。
当信号ARINC为1时，在T3的上升沿，完成AR加1。
指令存放器IR是1片74LS273（U47），用于保存指令。
当信号LIR为1时，在T3的上升沿，将从双端口RAM右端口读出的指令INS7~INS0写入指令存放器IR。
实验设备\软件\平台等
序列号
名称
数量
备注
1
实验系统
1台
2
双踪示波器
1台
3
直流万用表
1块
4
逻辑测试笔
1支
在试验箱上方
实验内容与实验记录〔拓扑图\配置图\流程图\线路图\效果图\代码（段）\运行结果\实验步骤等〕
实验步骤
1．实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置。
翻开电源。
2．进行存储器读、写实验
⑴设置存储器读、写实验模式
按复位按钮CLR，使TEC-8实验系统复位。
指示灯μA5~μA0显示00H。
将操作模式开关设置为SWC=1、SWB=1、SWA=0，准备进入双端口存储器实验。
按一次QD按钮，进入存储器读、写实验。
⑵设置存储器地址
指示灯μA5~μA0显示0DH。
在数据开关SD7~SD0上设置地址10H。
在数据总线DBUS指示灯D7~D0上可以看到地址设置的正确不正确，发现错误需及时改正。
设置地址正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0上的地址写入地址存放器AR（左端口存储器地址）和程序计数器PC（右端口存储器地址），进入下一步。
⑶写入第1个数
指示灯μA5~μA0显示1AH。
指示灯AR7~AR0（左端口地址）显示10H，指示灯PC7~PC0（右端口地址）显示10H。
在数据开关SD7~SD0上设置写入存储器的第1个数85H。
按一次QD按钮，将数85H通过左端口写入由AR7~AR0指定的存储器单元10H。
⑷写入第2个数
指示灯μA5~μA0显示1BH。
指示灯AR7~AR0（左端口地址）显示11H，指示灯PC7~PC0（右端口地址）显示10H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元10H的值。
比拟和通过左端口写入的数是否相同。
在数据开关SD7~SD0上设置写入存储器的第2个数60H。
按一次QD按钮，将第2个数通过左端口写入由AR7~AR0指定的存储器单元11H。
⑸写入第3个数
指示灯μA5~μA0显示1CH。
指示灯AR7~AR0（左端口地址）显示12H，指示灯PC7~PC0（右端口地址）显示11H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元11H的值。
比拟和通过左端口写入的数是否相同。
在数据开关SD7~SD0上设置写入存储器的第3个数38H。
按一次QD按钮，将第3个数通过左端口写入由AR7~AR0指定的存储器单元12H。
⑹重新设置存储器地址
指示灯μA5~μA0显示1DH。
指示灯AR7~AR0（左端口地址）显示13H，指示灯PC7~PC0（右端口地址）显示12H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元12H的值。
比拟和通过左端口写入的数是否相同。
在数据开关SD7~SD0重新设置存储器地址10H。
按一次QD按钮，将SD7~SD0上的地址写入地址存放器AR（左端口存储器地址）和程序计数器PC（右端口存储器地址），进入下一步。
⑺左、右两2个端口同时显示同一个存储器单元的内容。
指示灯μA5~μA0显示1FH。
指示灯AR7~AR0（左端口地址）显示10H，指示灯PC7~PC0（右端口地址）显示10H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元10H的值。
观测指示灯D7~D0的值，它是从左端口读出的由AR7~AR0指定的存储器单元10H的值。
按一次QD按钮，地址存放器AR加1，程序计数器PC加1，在指示灯D7~D0和指示灯INS7~INS0上观测存储器的内容。
继续按QD按钮，直到存储器地址AR7~AR0为12H为止。
实验结果：
实验数据
实验结果
左端口存储器地址
通过左端口写入的数据
第一次从右端口读出的数
同时读出时的读出结果
右端口存储器地址
读出的数
左端口存储器地址
读出的数
右端口存储器地址
读出的数
10H
85H
11H
85H
10H
85H
10H
85H
11H
60H
12H
60H
11H
60H
11H
60H
12H
38H
13H
38H
12H
38H
12H
38H
2.2独立方式
首先将“控制转换〞开关拨到最中间位置既“独立〞灯亮。
双端口存储器实验；【操作模式：
1110】
名称
操作模式
K15
K14
K13
K12
K11
K10
K9
序号
SBUS
ARINC
LAR
MEMW
MBUS
PCINC
LPC
1
1110
1
1
1
2
1
1
1
3
1
1
1
4
1
1
1
5
1
1
1
6
1
1
1
7
1
1
1
8
1
1
1
名称
K8
SD
实验现象
备注
序号
ABUS
连线对应位置
1
0
10
置AR,PC/AR=PC=10
2
85
写第一个数85/AR=11,PC=10,INS=IR=85
3
60
写第二个数60/AR=12,PC=10,INS=IR=60
4
38
写第三个数38/AR=13,PC=10,INS=IR=38
5
10
重置AR,PC/AR=PC=10
6
AR=PC=10,INS=85
7
AR=PC=11,INS=60
8
AR=PC=12,INS=38
实验结果分析及结论、心得
这次实验了解了双端口式的存储器，也是通过微程序操作和独立操作两种方式。
1.独立方式中可以看到，将数据输入要先翻开SBUS，DBUS,MBUS这样的开关，这些不同的开关组合起来就可以控制开关存储器。
2.了解了双端口的根本原理。
实验报告3
实验名称
数据通路实验
实验地点
实验日期
成绩
实验目的
⑴进一步熟悉TEC-8模型计算机的数据通路的结构；
⑵进一步掌握数据通路中各个控制信号的作用和用法；
⑶掌握数据通路中数据流动的路径。
实验原理
数据通路实验电路图如下图。
它由运算器局部、双端口存储器局部加上数据开关SD7~SD0连接在一起构成。
数据通路实验电路图
数据通路中各个局部的作用和工作原理在2.1节和2.2节已经做过详细说明，不再重述。
这里主要说明TEC-8模型计算机的数据流动路径和方式。
在进行数据运算操作时，由RD1、RD0选中的存放器通过4选1选择器A送往ALU的A端口，由RS1、RS0选中的存放器通过4选1选择器B送往ALU的B端口；信号M、S3、S2、S1和S0决定ALU的运算类型，ALU对A端口和B端口的两个数连同CIN的值进行算术逻辑运算，得到的数据运算结果在信号ABUS为1时送往数据总线DBUS；在T3的上升沿，数据总线DBUS上的数据结果写入由RD1、RD0选中的存放器。
在存放器之间进行数据传送操作时，由RS1、RS0选中的存放器通过4选1选择器B送往ALU的B端口；ALU将B端口的数在信号ABUS为1时送往数据总线DBUS；在T3的上升沿将数据总线上的数写入由RD1、RD0选中的存放器。
ALU进行数据传送操作由一组特定的M、S3、S2、S1、S0、CIN
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